DIN EN 60749-38-2008 Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 38 Soft error test method for semiconductor devices with memory (IEC 60749-38 2008) German .pdf

1、Oktober 2008DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 31.

2、080.01!$P“1459861www.din.deDDIN EN 60749-38Halbleiterbauelemente Mechanische und klimatische Prfverfahren Teil 38: Soft-Error-Prfverfahren fr Halbleiterbauelemente mit Speicher(IEC 60749-38:2008);Deutsche Fassung EN 60749-38:2008Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 38: Sof

3、t error test method for semiconductor devices with memory(IEC 60749-38:2008);German version EN 60749-38:2008Dispositifs a semiconducteurs Mthodes dessais mcaniques et climatiques Partie 38: Mthode dessai des erreurs logicielles pour les dispositifs semiconducteursavec mmoire (CEI 60749-38:2008);Vers

4、ion allemande EN 60749-38:2008Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 14 SeitenDIN EN 60749-38:2008-10 2 Beginn der Gltigkeit Die von CENELEC am 2008-04-01 angenommene EN 60749-38 gilt als DIN-Norm ab 2008-10-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Nor

5、m-Entwurf: E DIN IEC 60749-38:2005-04. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 47 Semiconductor devices“ era

6、rbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komite

7、es die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Eine Aufstellung aller Teile der Normen der Reihe DIN EN 60749 kann auf der DKE-Website eingesehen werden. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 60749-38 Mai 2008 ICS 31.080.01 Deutsche Fassung Ha

8、lbleiterbauelemente Mechanische und klimatische Prfverfahren Teil 38: Soft-Error-Prfverfahren fr Halbleiterbauelemente mit Speicher (IEC 60749-38:2008) Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 38: Soft error test method for semiconductor devices with memory (IEC 60749-38:2008)

9、 Dispositifs a semiconducteurs Mthodes dessais mcaniques et climatiques Partie 38: Mthode dessai des erreurs logicielles pour les dispositifs semiconducteurs avec mmoire (CEI 60749-38:2008) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2008-04-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CE

10、N/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralse

11、kretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht

12、 und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, L

13、itauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee fo

14、r Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2008 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 60749-

15、38:2008 DDIN EN 60749-38:2008-10 EN 60749-38:2008 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 47/1943/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 60749-38, ausgearbeitet von dem IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2008-04-01 als EN 60749-38 ang

16、enommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2009-01-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen we

17、rden mssen (dow): 2011-04-01 Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 60749-38:2008 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. DIN EN 60749-38:2008-10 EN 60749-38:2008 3 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Begriffe .4 3 Prf- und Messausrstun

18、g .6 3.1 Messeinrichtung .6 3.2 Alpha-Strahlenquelle6 3.3 Prflinge .7 4 Prfdurchfhrung7 4.1 Soft-Error-Prfbeanspruchung, beschleunigt mit Alpha-Strahlung7 4.2 Soft-Error-Prfbeanspruchung, Real-Zeit-Bedingungen8 4.3 Soft-Error-Prfbeanspruchung, beschleunigt mit Neutronenstrahlung9 5 Bewertung 10 5.1

19、Soft-Error-Prfbeanspruchung, beschleunigt mit Alpha-Strahlung10 5.2 Soft-Error-Prfbeanspruchung, Real-Zeit-Bedingungen10 6 Liste wichtiger Angaben .11 Literaturhinweise 12 Bilder Bild 1 Wirkung des Abstandes Quelle-Bauelement auf den normalisierten Fluss auf das Bauelement 7 Tabellen Tabelle 1 X-Wer

20、te fr die FIT-Berechnung11 DIN EN 60749-38:2008-10 EN 60749-38:2008 4 1 Anwendungsbereich In diesem Teil der IEC 60749 ist ein Verfahren zur Messung der Fhigkeit des Datenerhalts von Halblei-terbauelementen mit Speichern festgelegt, wenn diese Bauelemente einer Beanspruchung mit hochener-getischen T

21、eilchen wie der Alpha-Strahlung ausgesetzt sind. Zwei Prfarten sind beschrieben: die eine mit einer beschleunigenden Prfbeanspruchung unter Verwendung einer Alpha-Strahlenquelle und die andere als eine (nicht beschleunigende) Beanspruchung unter Realzeit-Systembedingungen, bei welcher beliebige Fehl

22、er unter den Bedingungen der natrlich auftretenden Strahlung erzeugt werden, wobei diese Strahlung sowohl Alpha-Strahlung als auch andere Strahlungen wie beispielsweise Neutronenstrahlung enthalten kann. Um die Soft-Error-Tauglichkeit einer integrierten Schaltung mit Speicher vollstndig zu charakter

23、isieren, muss das Bauelement mit einem breitbandigen Spektrum hoher Energien beansprucht werden, wobei fr thermische Neutronen zustzliche Prfverfahren verwendet werden. Dieses Prfverfahren darf bei jedem LSI-Speicher-Bauelement angewandt werden. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten di

24、e folgenden Begriffe. 2.1 Single-Event Upset SEU Soft-Error, verursacht durch ein transientes Signal, welches durch einen einzigen energetischen Teilchen-Aufprall erzeugt wurde 2.2 Soft-Error fehlerhaftes Ausgangssignal einer Latch- oder Speicherzelle, das korrigiert werden kann, wenn mit dem Bauele

25、ment, in dem sich die Latch- oder Speicherzelle befindet, eine oder mehrere normale Operationen (Funktionen) durchgefhrt werden ANMERKUNG Allgemein wird dieser Begriff fr einen Fehler verwendet, der durch Strahlung oder elektromagnetische Impulse verursacht wurde, und nicht fr einen Fehler, welcher

26、auf einem physikalischen Defekt beruht, der whrend des Herstellungsprozesses verursacht wurde. 2.3 Single-Event Hard-Error SHE irreversible nderung im Betrieb, die durch ein einziges Strahlungsereignis verursacht wurde und blicherweise mit einer permanenten Beschdigung eines oder mehrerer Bestandtei

27、le des Bauelementes verbunden ist (z. B. Gateoxid-Durchbruch) 2.4 statischer Soft-Error Soft-Error, der nicht mittels wiederholter Leseoperationen korrigiert werden kann, wohl aber durch erneutes Schreiben ohne Abschalten der Versorgungsspannung 2.5 transienter Soft-Error Soft-Error, der mit Hilfe w

28、iederholter Leseoperationen korrigiert werden kann, und zwar ohne erneutes Schreiben und ohne Abschalten der Versorgungsspannung 2.6 Power-Cycle Soft-Error PCSE Soft-Error, der weder durch wiederholte Leseoperationen noch erneutes Schreiben korrigiert werden kann, wohl aber durch das Abschalten der

29、Versorgungsspannung DIN EN 60749-38:2008-10 EN 60749-38:2008 5 2.7 Single-Event Functional-Interrupt SEFI Soft-Error, der entweder im Bauelement ein Reset, Lock-up oder andere Fehlfunktionen in einer fest-stellbaren Weise verursacht, der aber zur Wiederherstellung der Betriebsfhigkeit keinen Schaltz

30、yklus der Versorgungsspannung (Aus- und Einschalten) im Gegensatz zum Single-Event Latch-up (SEL) erfordert, oder in einer permanenten Beschdigung wie beim Single-Event Burn-out (SEB) resultiert 2.8 Multiple-Bit-Upset MBU Multiple-Cell-Upset, bei dem zwei oder mehr fehlerhafte Bits in einem Wort auf

31、treten 2.9 Single-Event Latch-up SEL ungewhnlicher Hochstrom-Zustand in einem Bauelement, der durch das Durchqueren eines einzigen energetischen Teilchens durch empfindliche Bereiche der Bauelementestruktur verursacht wird und im Verlust der Bauelemente-Funktionsfhigkeit resultiert ANMERKUNG 1 SEL k

32、ann permanente Beschdigungen des Bauelementes verursachen. Falls das Bauelement nicht permanent beschdigt ist, ist ein Schaltzyklus der Versorgungsspannung (Aus- und Einschalten) zum Wiederherstellen der normalen Betriebsfhigkeit erforderlich. ANMERKUNG 2 Beispiel eines SEL in einem CMOS-Bauelement

33、ist die Bildung eines parasitren bipolaren (p-n-p-n) Kurzschlusses von der Versorgungsspannung zur Masse, hervorgerufen beim Durchqueren eines einzigen Teilchens. 2.10 Fluss (der Teilchenstrahlung) zeitliche Rate des Flusses der Teilchenenergie, die von einer Oberflche emittiert wird oder auf diese

34、auftrifft, geteilt durch die geometrische Flche dieser Oberflche ANMERKUNG Der Fluss wird blicherweise in Teilchen (Partikel) je Quadratzentimeter und Sekunde (N/cm2s) oder Teilchen (Partikel) je Quadratzentimeter und Stunde (N/cm2h) angegeben. 2.11 Alpha-Quellenaktivitt Anzahl der Alpha-Teilchen, d

35、ie in der Alpha-Quelle je Zeiteinheit zerfallen ANMERKUNG Die empfohlene SI-Einheit ist das Becquerel (Bq); Umrechnung aus Curie durch (exakte) Multiplikation mit 3,7 1010. 2.12 Soft-Error-Rate SER Rate, mit der Soft-Errors auftreten 2.13 Zeitfehler-Rate FIT (en: failure in time) Anzahl der Ausflle,

36、 bezogen auf 109-Bauelemente-Stunden 2.14 Multiple-Cell-Upset MCU Einzelereignis (Single-Event), das den Ausfall mehrerer Bits in einem IC zur gleichen Zeit verursacht ANMERKUNG Es sind meistens, aber nicht immer, benachbarte Bits. DIN EN 60749-38:2008-10 EN 60749-38:2008 6 3 Prf- und Messausrstung

37、3.1 Messeinrichtung Die Messeinrichtung muss in der Lage sein, einerseits die Funktionen der IC-Bauelemente zu messen und andererseits die Dauer zu messen, welche bentigt wird, bis eine nderung der gespeicherten Daten erfolgt, nachdem das Bauelement hochenergetischen Teilchen wie einer Alpha-Strahlu

38、ng ausgesetzt war (d. h. der Erzeugung eines Soft-Errors). Als Alternative muss die Messeinrichtung (Speicher-Tester usw.) die Mglichkeit des Zhlens der Anzahl von Soft-Errors je Zeiteinheit haben. 3.2 Alpha-Strahlenquelle 3.2.1 Hintergrundinformationen Uran- und Thoriumverunreinigungen, welche in S

39、purenmengen in den unterschiedlichen Produktions- und Gehusewerkstoffen gefunden wurden, emittieren Alpha-Teilchen. Alpha-Teilchen sind stark ionisierend, so dass deren Aufprallen auf das aktive Bauelement Ionisationsste von freien Elektronen-Lcher-Paaren im Silizium verursacht. Es knnen unterschied

40、liche Arten von Alpha-Strahlenquellen verwendet werden, um die Alpha-Strahlung von Uran- und Thoriumverunreinigungen zu simulieren. Mit Quellen, die Alpha-Teilchen mit einem Energiespektrum hnlich den Uran- und Thoriumverunreinigungen emittieren, kann man die Strahlungs-Umgebung von drahtgebondeten

41、Bauelementen simulieren, die in Kunststoffgehusen montiert wurden. Quellen, die Alpha-Teilchen mit einem Energiespektrum hnlich zu 210Po emittieren, werden zur Simulation von Bauelementen in Flip-Chip-Technik mit Solder-Bumps verwendet. Die Quelle sollte ein Alpha-Teilchen-Spektrum liefern, das hnli

42、ch dem ist, welches im aktuellen Bauelement auftrifft. 3.2.2 Empfohlene Quellen 238U oder 232Th sind die empfohlenen Quellen fr das SER-Erzeugen in Kunststoff-Spritzgusswerkstoffen. 241Am und 210Po knnen als Ersatz verwendet werden. 3.2.3 Schwankungen der Prfergebnisse Prfergebnisse werden wegen der

43、 Schwankungen im Spektrum, abhngig von der verwendeten Quelle, unterschiedlich sein. Die auf dem Markt angebotenen Alpha-Teilchenquellen werden gewhnlich nur nach ihren Aktivitten in Ci (statt der empfohlenen Einheit Bq, siehe 2.11) klassifiziert und selten werden die Emissionsraten der Alpha-Teilch

44、en angegeben. Die Bestimmung der Emissionsrate kann nicht einfach ber die Aktivitt erfolgen, da die Rate durch die Absorption von Alpha-Teilchen in der Quelle selber und durch die Lage der Quelle beeinflusst wird. Ein Beispiel: Eine Aktivitt von 1 Ci ist gleich einer Zerfallsanzahl von 3,7 104je Sek

45、unde. Allerdings wird die Alpha-Emissionsrate der Quelle kleiner sein als 3,7 104/s. Deshalb wird eine Messung der Alpha-Emissionsrate der Quelle, die bei der SER-Prfung verwendet wird, empfohlen. Als Konsequenz daraus muss das Energiespektrum der Alpha-Strahlungsquelle besttigt werden, da die unter

46、schiedlichen Prfdaten durch die verschiedenen Energiespektren hervorgerufen sein knnen, selbst wenn die Alpha-Strahlungsquellen den gleichen Radioaktivittswert haben. ANMERKUNG Falls 241Am oder 210Po verwendet werden, sollte das in den Prfaufzeichnungen dokumentiert werden, zusammen mit der Feststel

47、lung, dass Ergebnisse wegen der Schwankungen in den Energiespektren unterschiedlich sein knnen, wenn andere Quellen verwendet worden sind. 3.2.4 Effekte hoher Strahlungswerte In Fllen, wo die verwendete Strahlungsdosis bezglich des Prf-Bauelementes hoch ist, mssen Betrach-tungen zur Wirkung von Mehr

48、fachtreffern durchgefhrt werden. DIN EN 60749-38:2008-10 EN 60749-38:2008 7 3.2.5 Messgenauigkeit Falls die Strahlungsflche der Alpha-Strahlung signifikant kleiner als die Chipflche ist, werden einerseits die Absorption der Alpha-Strahlung sowohl in der Atmosphre als auch in der Schutzbeschichtung d

49、es Chips und andererseits die Einfallswinkel-Effekte der Strahlung zu fehlerbehafteten Werten beitragen. Deshalb darf fr eine genaue Prfdurchfhrung die Emissionsflche der Alpha-Strahlung nicht signifikant kleiner sein als die Chipflche, vorzugsweise sollte sie grer sein. Im Bild 1 sind die Kennlinien zu sehen, die fr Bauelemente von ungefhr 10 mm Durchmesser anzuwenden sind. Die Lnge d